Đang tải... (xem toàn văn)
PLC viết tắt của Programmable Logic Controlle, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình. Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau : Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học . Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa. Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp . Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp . Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối mạng, các mô Modul mở rộng. Giá cả có thể cạnh tranh được. Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic thời gian .Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp . Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định thời , thanh ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I O nhiều hơn. Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở
1 CHƯƠNG MỘT TỔNG QUAN VỀ PLC 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controlle, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình. Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau : - Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học . Nguyễn Văn Thành 2 - Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa. - Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp . - Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp . - Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối mạng, các mô Modul mở rộng. - Giá cả có thể cạnh tranh được. Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic thời gian .Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp . Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định thời , thanh ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều hơn. Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở Nguyễn Văn Thành 3 rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay . Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic có khả nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm: - Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây. - Tính mềm dẻo cao trong hệ thống. - Bộ nhớ: Cổng ngắt và đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm. - Hệ điều hành Bộ đếm vào – ra Bộ định thời Bộ đếm Bit cơ Cổng vào ra Onboard Quản lý ghép nối Bus của PLC - Bộ nhớ vào ra: Nguyễn Văn Thành 4 Nguyễn Văn Thành + Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành Bộ đếm vào-ra Bộ định thời Bộ đếm Bit cơ Cổng vào ra Onboard Bus của PLC 5 Hình 1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC 2. CẤU TRÚC - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC a. Cấu trúc Tất cả các PLC đều có thành phần chính là : Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM ). Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC . Các Modul vào /ra. Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm môt đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ Nguyễn Văn Thành Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Cổng vào ra Onboard Quản lý ghép nối 6 RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình . Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, … Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành một khối. Cũng có một số hãng thiết kế PLC thành từng mô đun để người sử dụng có thể lựa chọn cấu hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng được yêu cầu ứng dụng. Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau: Nguồn cung cấp Nhớ chương trình Mô đun nhập dữ liệu Mô đun xuất dữ liệu + - Nguyễn Văn Thành 7 Hình 2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là: Khối nguồn, khối vi xử lý – bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra. Thông thường các tín hiệu xuất nhập đầu ở dạng số (1- 0), còn nếu tín hiệu là dạng liên tục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở dạng liên tục (Analog). Mô đun nguồn: (Moudule) Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều. Mô đun CPU (Centrol rocessor Unit module): Nguyễn Văn Thành 8 Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ Mô đun nhập: (Input Module) Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn điều khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ,…Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các căn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho một lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến. Mô đun xuất (Output Module): Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập. Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậy người sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra. Cũng giống như Module nhập thì các ngõ ra của Module xuất là các tiếp điểm của rơle, khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông qua các thiết bị trung gian như: CTT. Aptomat. Triac… Nguyễn Văn Thành 9 b. Nguyên lý hoạt động của PLC Nguyễn Văn Thành 10 Hình 3: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với bảng ảnh ra. Tiếp theo của việc quét chương trình là truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi. Những trường hợp cần thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình thực hiện chương trình. Các PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện điều này. Nguyễn Văn Thành Chuyển dữ liệu từ đầu ra Q tới cổng ra Chuyển dữ liệu từ đầu cổng vào tới đầu vào I Truyền thông và kiểm tra bộ nhớ Thực hiện chương trình [...]... THIỆU PHẦN CỨNG S7- 200 PLC S7- 200 là một loại PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens Cấu trúc S7- 200 gồm 1 CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau .S7- 200 gồm nhiều loại: CPU 221, 222, 224, 226….có nhiều nhất 7 module mở rộng khi có nhu cầu: tổng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng ( AS-I, Profibus ) Nguyễn Văn Thành 20 Hinh 4 Hình dáng S7- 200 PLC S7- 200 có các đặc trưng về thông số... ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000 ÷16000 dòng lệnh Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM Các ngỏ vào ra I / O Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ) Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động... truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song Nếu môt modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào... đầu vào Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành Nguyễn Văn Thành 16 • Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra • Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các. .. một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra 3 CÁC HOẠT ĐỘNG XỬ LÝ BÊN TRONG PLC a Xử lý chương trình Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ... - Ghép nối PLC và máy tính - Sử dụng cáp PC/PPI chuyển đổi giữa RS232 và RS485 - Chuyển đổi và kết nối như hình sau : Nguyễn Văn Thành 25 Hình 5 Kết nối PLC với máy tính 2 CẤU TRÚC BỘ NHỚ S7- 200 Bộ điều khiển lập trình S7- 200 được chia thành 4 vùng nhớ Với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong thời gian nhất định khi mất nguồn bộ nhớ S7- 200 có tính Nguyễn Văn Thành 26 năng động cao, đọc và ghi trong... trạng thái vào trong I / O RAM Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình (từ Start đến End ) Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được copy tiêu biểu là vài ms Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào chiều dài chương trình điều khiển tương ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 1÷10 µs Nguyễn Văn Thành 18 Nguyễn Văn Thành 19 CHƯƠNG HAI TÌM HIỂU SƠ LƯỢC VỀ PCL S7- 200 CỦA SIEMEN... chương trình chính Nguyễn Văn Thành 29 CHƯƠNG BA TÌM HIỂU TẬP LỆNH PLC S7- 200 CỦA SIEMEN 1 CÁC LỆNH CƠ BẢN a Lệnh vào / ra • Lệnh Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit Toán hạng gồm: I, O, M, SM, V, C, T Tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi ngõ vào PLC có địa chỉ là 1 Dạng LAD Dạng STL LD I0.0... tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế Hê thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 118 MHZ Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và. .. Thành 21 Các đèn báo: Có 3 loại đèn báo hoạt động: - RUN: ðèn xanh –báo hiệu PLC ðang hoạt ðộng Nguyễn Văn Thành 22 - STOP :ðèn vàng –báo hiệu PLC - SF (sýtem Failure):ðèn ðỏ báo hiệu PLC bị sự cố Có 2 loại đèn chỉ thị : - Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào - Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra Ðặc điểm ngỏ vào - Mức logic 1 : 24VDC/7mA - Mức logic 0 : đến 5VDC/1MA - Ðáp ứng thời gian : 0.2ms - Cách ly . HAI TÌM HIỂU SƠ LƯỢC VỀ PCL S7-2 00 CỦA SIEMEN 1. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG S7-2 00 PLC S7-2 00 là một loại PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens. Cấu trúc S7-2 00 gồm 1 CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng. Các ngỏ vào ra I / O Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ) . Hầu hết các. vào-ra Bộ định thời Bộ đếm Bit cơ Cổng vào ra Onboard Bus của PLC 5 Hình 1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC 2. CẤU TRÚC - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC a. Cấu trúc Tất cả các PLC